gis应用与发展
ＧＩＳ应用与发展
摘要：地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是以采集、储存、管理、显示和分析地球表面与空间、地理分布有关的数据的综合计算机信息系统，是一种分析和处理海量空间数据的技术。GIS 自20世纪60年代被首次提出之后，凭借其快速处理和运筹帷幄的优势，已成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具，在资源管理、规划设计、灾害监测、医疗卫生、国防以及军事上都有广泛的应用。近来，地理信息系统的发展及应用引起了社会各界的广泛关注。因此，通过研究地理信息系统的发展史，加深理解地理信息系统的涵义、功能及应用，把握其发展趋势具有重要的意义。
关键词：地理信息系统，前景展望
Abstract
Geographic Information System (GIS) is a computer system that analyzes and processes mass geographical data. It is a general technology capable of capturing, storing, managing, examining, displaying and applying data of all or part of the earth’s surface and space, as well as scrutinizing information of geographical distribution. Since its introduction in the 1960s, GIS has been in rapid development and continuous advancement. With regard to its advantages of high-speed process and effective strategic devising, it has also become a significant tool for decision making at the national level and multi-objective development programs at the regional level. Furthermore, GIS has been extensively applied to various resource management, planning and design, disaster monitoring, health care, national defense, and military projects. Recently, the development of GIS evokes the wide concerns from all the society. So it makes sense of deeply understanding the concept and the application of GIS by studying the history of GIS development.
Keywords: geographic information system, prospect outlook
地理信息系统是利用计算机存贮、处理地理信息的一种技术与工具，是一种在计算机软、硬件支持下，把各种资源信息和环境参数按空间分布或地理坐标，以一定格式和分类编码输入、处理、存贮、输出，以满足应用需要的人-机交互信息系统。近年来地理信息系统发展迅速，在国民经济建设中得到广泛应用，在我国已经成为一门新的学科，新的技术，新兴的信息产业。
GIS是集多门学科于一体的综合性学科技术，在城市管理、环境资源保护、医疗卫生等多个领域都得到了广泛的应用，其对空间信息的处理与分析功能，使其在地质学科的应用更加广泛，GIS在各行各业的应用过程中不断的发展和完善，其在未来的应用和发展过程中，相信GIS会成为科技领域中的核心技术。
1、地理信息系统的概述
地理信息系统简称GIS，全称为Geographic Information System，是
在六十年代初期由加拿大的一位测量学家首次提出的，并建立了世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统。GIS 自提出以后开始在国外广泛的应用到多个领域，并取得显著的成果。随着中国经济和建设的加速，在八十年代开始受到我国学者的广泛关注，并逐渐的对其进行应用，为我国的经济和建设的快速发展起到了积极的促进作用。GIS是对地球的表层空间的物体作为研究对象，对其数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示的过程，这是一个完整的系统，提供了大量的地理空间信息，此系统是在计算机的辅助下，以地理数据库为基础，对空间数据进行处理及分析的技术系统，是一门多门学科交叉的科学。地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等，由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他通讯系统输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。地理（空间）信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。
2、3S的联系与区别
地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）统称为２Ｓ，三者之间相互联系，相辅相成。GIS、RS 和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。
遥感（RS）是传感器接受地面或其他信息将其以图像胶片或数据磁带记录下来，它所拍摄的画面是静态的，有颜色分层，一般碰到像告诉你所拍摄的对象所发射的波段是不一样的，则是需要用RS，或者是像人口居民分布等，也要用到RS，只要记得它所得到的图像是简单并且是静态的就可以了。GIS是地理信息系统，可以说它应是多张RS图层的合成，工作人员能够从图中得到丰富的信息，并且它具备数据的分析和表达。碰到选择题它一般会给你提示，比如多张图层合成的，或者告诉工作人员将居民分布交通线路图一起组合的图之类，则是GIS。GPS 是全球定位系统，顾名思义是定位用的，你只要看到题目是说要定位，动态跟踪的，那就是需要GPS了。
2.1GIS与RS
遥感（RS，Remote Sensing），顾名思义，就是从遥远处感知，地球上的每一个物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量，具有探测范围大、获取资料快、受地面限制少、获取信息量大等特点。其中的一种形式电磁波早已被人们所认识和利用。人们发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感是在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、电子技术和地球科学的发展而发展起来的，它的主要特点是：已从以飞机为主要运
载工具的航空遥感发展到以人造卫星为主要运载工具的航天遥感；它超越了人眼所能感受到的可见光的限制，延伸了人的感官；它能快速、及时地监测环境的动态变化；它涉及天文、地学、生物学等科学领域，广泛吸取了电子、激光、全息、测绘等多项技术的先进成果；它为资源勘测、环境监测、军事侦察等提供了现代化技术手段。概言之，遥感是运用物理手段、数学方法和地学规律的现代化综合性探测技术。遥感技术的传感器是用来测量和记录目标物的电磁辐射强度和特征的。而目标物辐射电磁波的强度和特征取决于目标物的温度。
遥感数据是地理信息系统的重要信息源，地理信息系统则可以支持处理遥感数据。RS之所以和GIS联系起来，是因为两者可以互为利用，RS感知物体后，通过GIS的分析功能更好的表达出来，其实RS本身也是具有表达功能的，但是不具有分析的功能，而使用者往往要看他的实用性。所以两者同时结合。GIS与RS的集成主要用于变化监测和实时更新，RS具有实时、快速、动态获取大范围地表信息的能力，而GIS具有很强的地学分析手段。充分结合RS与GIS技术，可以及时、快速、准确、动态的显示绝大部分的地表信息，并据此做出分析。GIS与RS 的集成模式主要有如下三种:(1)分开但平行的结合。主要在数据层面结合，两个数据处理系统相互独立存在。它们在数据层面进行数据交换。(2)表面无缝的结合。使用统一的用户界面，但为不同的工具和数据库。(3)整体结合。在界面、工具和数据库方面均实现无缝的功能集成和数据集成。
2.2GIS与GPS
全球定位系统(GPS，Global Positioning System)是利用人造地球卫星进行点位测量导航技术的一种，其它的卫星定位导航系统有俄罗斯的GLONASS，欧洲空间局的NAVSAT，国际移动卫星组织的INMARSAT等等。GPS全称是NAVSTAR(Navigation Satellite Timing And Ranging)/GPS，由美国军方组织研制建立，从1973年开始实施，到九十年代初完成。目前其应用已经十分广泛，定位精度可达mm级，水平可达2cm，垂直可达3cm，可应用于大地测量、板块运动监测等；用于动态定位时，根据不同需求其精度可达cm、dm及m级，可应用于卫星、火箭、导弹、飞机、汽车等导航定位之用。GPS定位系统由于定位的高度灵活性和实时性，成为测量学科中的革命性变化。其本质是利用空间三角测量的原理通过空中卫星和地面接收站获取经纬度坐标，高程和时间之间的关系，从而为测高、测距、导航(定位)等服务。它是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准。该系统是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。最少需要其中3颗卫星，就能迅速确定您在地球上的位置。所能接收到的卫星数越多，译码出来的位置就越精确。在汽车定位时，只需要在汽车上装一台比32开书
本略小的“车载终端”就可以了。
随着GPS的定位误差越来越小，GIS的空间分析功能越来越完善，将GPS连接到GIS系统中，实现在GIS可视化图形界面上观察GPS定位点的运动过程。利用GIS中的电子地图和GPS 接收机的实时差分定位技术，可以组成GPS+GIS的各种自动电子导航系统，用于交通指挥调度、公安侦破、车船导航、农田作业管理、渔船捕鱼等多方面。
2.33S集成
3S技术以其获取信息的实时性，准确性，便捷性，综合性等特点正越来越快的发展，但目前在国内的应用并不是很多，很多民众并没有体会到它的好处。随着时代的发展，科技的进步，世界已经进入到“数字地球”时代。而以遥感技术、地理信息系统和全球定位系统为核心技术的3S技术作为数字地球的核心技术已从各自独立发展进入相互融合、共同发展的阶段。在当今信息时代，网络技术、三维可视化技术、虚拟现实技术、神经网络技术、海量数据处理技术、数据库等技术的突飞猛进的情况下，和3S 技术紧密结合将在国民经济建设中发挥更加强大的威力。3S技术有力地促进各学科突破传统的手段向纵深方向发展，研究的趋势是定量化，数字化，可视化，成为未来数字中国建设不可缺少的技术基础。3S等技术应用于国家建设也是时代需求的必然结果，代表了信息化的未来趋势。同时3S技术还需要很长的路要走，需要我国相应的技术人才不断努力进步。
3、地理信息系统的应用
3.1GIS在资源环境管理中的应用
完成资源清查是GIS最基本的功能之一，GIS对数据的处理与分析功能可以对资源环境的信息进行处理和分析，同时建立应用的模型，这资源管理提供科学的依据，为政府在资源环境管理中提供必要的帮助。环境管理是指运用经济、法律、技术、行政、教育等手段，来限制人类损害环境质量的活动。通过全面规划，使经济发展与环境相协调，达到既要发展经济，满足人类基本需要，又不超过环境的允许的极限。用于环境管理的信息大体来自污染源情况，环境质量与环境质量相关的自然环境，政策法规和标准，以及社会、经济信息等。环境管理GIS应用系统是为环境管理服务的信息系统，它采用建立管理应用方法力图使环境管理数据得到良好的应用，环境管理GIS是先进的GIS空间分析技术与基础数据和空间图形库结合起来是环境问题决策过程更加直观、快速、实时和有效。环境管理GIS将先进的GIS空间分析技术与基础数据和空间图形库结合起来，能使环境问题决策的过程更加直观、快速，实时有效。基于GIS的环境信息系统，可以生成和管理空间数据库，利用空间查询和空间模型，提供多种决策支持功能，并利用所提供的动态模型相结合，加强水、气、污染物的扩散浓度分布图的
动态、直观显示效果。GIS的应用使环境工作更科学、更准确、更直观地得以表现，使决策部门能够更全面、更有利的决策、指挥，同时也使公众更清楚、更明确自身与环境的关系，提高公众的环境意识。GIS应用于环境管理中可提供信息深加工的技术手段和决策支持，使环境保护事业迈向新阶段。
3.2GIS在道路交通管理中的应用
随着交通运输业的快速发展，为了实现智能交通的需要，目前GIS已广泛的应用到道路交通管理当中，近年来，随着道路交通需求的增加，为了适应当前交通管理的需要，专门的交通地理信息系统GIS-T已在交通管理方面广泛使用。基于GIS发展起来的GIS —T（Geographic Information System for Transportation，交通地理信息系统）系统，从数字地球的战略高度规划交通信息的采集、处理和应用，利用现代高新技术以地理坐标集中整合和开发交通信息资源，从而更广泛、更深入地为交通行业和社会提供安全、便捷的服务。GIS在交通管理方面的应用主要有路廊设计、道路管理，主要是指动态分段管理、流量和路径分析。由于地理信息系统具有制图及空间查询和分析的功能，所以交通工程人员利用地理信息系统与相应的城市交通地图相结合，将城市交通地理图及其有关数据数字化，建立规定比例的可视数字地图和相应的地理信息数据库，来进行道路交通的管理工作。如美国印第安那州交通部就采用交通地理信息系统管理全州的9.2万mile长的公路，上千座桥梁，铁路、航道及民航机场。在国内近几年来，利用地理信息系统技术和方法也较成功地开发了多个宏观交通管理信息系统，如上海市建立的道路交通信息管理系统是由
1个控制中心，15个分中心组成的。每个分中心负责本地区内交通信息的实时收集和发送，以及进行可视化的信息浏览与查询工作，并且还有进行图形显示、文字和报表输出。控制中心通过拨号入网的方式，得到各分中心的交通信息后，通过统计分析，自动生产一个全市道路交通信息表和交通信息广播稿，由上海市交通信息台适时向全市广播，让所有的驾驶者了解到当时的道路交通状况，从而根据需要选择合适的行驶路线或其他业务。
3.3GIS在城市规划中的应用
通过地理信息系统将城市数据信息归并到一个统一的系统中，然后进行城市与区域的开发和规划，包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划，公共设施配置，以及城市环境的动态检测等"这些功能的实现是以地理信息系统的空间搜索方法、多种信息的叠加处理和一系列分析软件加以保证。如北京某测绘部门以北京市大比例尺地形图为基础图形数据"在此基础上综合叠加地下及地面的八大类管线以及测量控制网。规划道路等基础测绘信息，形成一个机遇测绘数据的城市地下管线信息系统。
3.4GIS在灾害监测中的应用
近些年，自然灾害的频繁发生，为了对灾害进行有效的预防和监测，地理信息系统和遥感技术相结合，对灾害的监测起到了有效的作用，同时也为救灾决策的及时提供了科学的参考依据。
3.5GIS在医疗卫生中的应用
GIS具有独特的地理空间分析能力、空间定位搜索、查询功能、图形处理及空间模拟、决策的功能。它包括空间数据、硬件系统及软件系统，实现了数据采集、编辑、检验、转换与处理的功能。因此GIS具有开放性、先进性、发展性的特点。开放式的环境有很强的可扩充性和可连接性，可支持多种运行环境，连接多种开发工具及编程工具GIS平台采用与世界同步的计算机图形技术、数据库技术及网络技术。可对需要编辑的数据提供强大的技术支持GIS技术具有处理复杂信息数据的功能。其最常用的功能是数据的采集、数据管理、数据分析及输出，通过这些基础的功能地理信息系统产生了多样的系统应用功能，从而满足社会各个行业的需求。
GIS技术在医疗卫生中主要发挥了两方面的应用，一是在流行病研究上的应用，二是对于医疗设施分布方面的应用。在流行病方面的应用，主要通过GIS技术对于数据可视化的功能和空间数据的分析能力，并且可以建立模拟病例来对流行病就行研究。在医疗设施方面的应用，通过相关的数据获取然后根据设计经济对其进行整理分类，然后利用整理后的数据合理的构建小社区诊所。此外，GIS技术在医疗卫生方面的应用还有另外一个方面，那就是将以上两方面内容有机的结合起来，通过空间数据的处理功能，数据的可视化功能，基于空间决策系统，对病毒感染的人群实行动态管理，为流行病在防空方面的工作提供了有利的支持。
自GIS问世以来中国的医疗卫生事业进入了一个飞速发展的阶段，自身的健康越来越多的成为了广大群众关心的内容。随着大量医疗监测点的启动!我们对医疗数据的分析提出了更高的要求。为及时发现和诊断不明的、可能危害生命的病例，及早采取措施控制疫情，同时了解本区域医疗机构慢性病诊断病例，建立健全慢性病登记信息系统成为可能。
3.6GIS在军事和国防中的应用
现代战争是高科技的战争，在现代战争中，有效的结合了“3G”技术，从战略构思到战术安排各个环节。通过遥感遥测等手段获得数据，然后利用地理信息系统对获得的数据进行分析和处理，再结合全球定位系统对目标攻击点进行定位。
4、地理信息系统发展的热点
4.1GIS设计与实现的方法学问题
由于GIS系统在我国的起步时间比较晚，所以在管理方法上还不够成熟，管理技术不够完善，并且在设计上缺乏技术支持，系统的可靠性和维
护性都无法得到有利的保障，这是目前存在于我国地理信息系统发展方面的主要问题，迫切需要解决。
4.2GIS的功能问题
以目前的状况来看，GIS系统主要是以数据的获取、存储和分析检索等为主，对于社会上的很多方面还无法满足发展的需求，这是GIS系统在技术上的缺陷，也是功能的局限，对于GIS 技术的应用和发展受到了很大的影响。
4.3GIS地理信息的深加工问题
目前GIS还远未发挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作用，这涉及对GIS地理信息进行深加工的问题。这种深加工的结果可以是结论性的专题地图，也可以是结论性的专题数据集。
4.4空间信息可视化技和虚拟现实技术（VR）
GIS可视化主要研究以下几个方面(运用动画技术制作动态地图，可用于涉及时空变换的现象或概念的可视化分析)运用VR技术进行地形环境仿真，真实再现地景)运用图形显示技术进行空间数据的不确定性和可靠性的检查，把抽象数据可视化，由此发现规律；可视化技术用于视觉感受及空间认知理论的研究。
5、地理信息系统的发展趋势
随着技术的发展，GIS发展的趋势是：
1）数据标准化。即：支持GIS工作的数据结构及数据交换格式的标准化，提供GIS工作基础数据接口的标准化；
2）系统集成化。即：GIS软件部件的对象化，使GIS软件具有不同功能，可实现互操作和自我管理的软件组件。使数据不仅能在应用系统内流动，还能在系统间流动。通过面向对象技术和集成技术利用对象链接和嵌入技术OLE，开放式数据库互链技术ODBC等为用户提供简单，标准，透明的公共编程接口；
3）平台网络化。即：GIS的工作平台将逐步从单机、局域网转入互连网工作环境，使GIS可实现网上发布、浏览、下载，实现基于Web的GIS查询和分析；
4）应用社会化。即：GIS的应用范围将从以政府及单位应用为主，最终走入千家万户。
5.1GIS网络化
随着信息化时代的到来，GIS技术通过计算机网络的使用得到了更大程度的发展，在技术上有了质的飞跃。万维网的应用为GIS技术在数据的获取和利用上提供了巨大的便捷，是一条非常快速简便的途径，并且通过网络浏览器的使用可以给使用者提供一个有力的平台对数据进行供应和使用，使信息使用者更为便捷的利用地理信息系统。通过网络的使用，可以使GIS 技术的数据获取不在局限于现实空间，而是可以利用网络的便捷性，通过空间数据模拟直接产生想要得到的数据结果，为GIS系统的发展创造更为便利的条件。网络的应用可以为GIS系统的
发展带来非常大的促进作用，所以说GIS技术将会向着网络化的方向发展。
5.2GIS标准化
GIS发展到今天这个规模。能够在各种领域得到使用，使人们不断意识到软件、硬件、数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、更广泛地对GIS的使用。其中内容可能包括GIS 的各个组成部分、各个操作过程、各种数据类型、软件硬件系统等。标准化的真正实现将使人们能在一个共同理解基础上共享信息和资源。GIS发展到至今，能够在各种领域取得使用，使得人们不断意识到软件、硬件、数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、广泛地对GIS的使用。
因此结合实际，预计在往后的
5-10年期间是GIS界的主要标准化制定时期。GIS的标准化将在国际、国家、省、市、县和机构范围内多层次地进行，其内容可能包括到GIS的各个组成部分、软件硬件系统、各种数据类型、各个操作过程等。
5.3GIS商业化
地理数据的开发、更新和维护既费时又费力，在GIS界曾经有认同结果，GIS硬件、软件和数据的造价比是1:10:100，所以如何更有效的生产和维护地理数据将会是GIS未来面对的主要挑战之一。另外，GIS已发展为新兴的IT产业。
在中国，数据问题是限制GIS发展的突出问题。GIS的研究对象和基础是数据，离开数据，GIS也就失去了价值。我国GIS取得了辉煌的成就，不过就其应用来看，GIS的发展规模和普及程度都落后于发达国家。特别是在民用和经济领域，GIS的应用尤为落后。目前，我国GIS的应用主要体现在一些政府部门和科研机构所承担的大型项目中，普及率还有很大的提高空间，还没有在很大程度上促进社会生产力的发展。这种情况不符合我国在GIS研究领域所取得的国际地位。造成这种现象的原因很多，但主要原因是GIS数据的保密性。20 世纪80 年代以来，各级政府部门投入了大量资源，建立了丰富的GIS数据。由于国防和国家安全因素的影响，限制了地图的生产、出版、数字化等环节。
数据获取困难是GIS 技术发展的严重障碍和瓶颈，使我国的国际领先科研成果得不到发挥，更不能为人民生活和经济发展带来好处。随着遥感事业的发展，卫星遥感图像的分辨率得到了很大的提高。
5.4系统专业化
目前GIS软件和系统还是作为一个整体独立存在。许多软件提供全面的GIS功能，可以在任何一种需要GIS 的部门使用，没有具体专业领域的限制)而从使用机构的角度来看，很多机构都只需要GIS软件中的部分功能，这也为GIS软件的专业化做了必要的准备，将来的各类应用系统中，GIS可能会成为一个必备的软件存在。随着GIS 在理论和软件研制水平上的不断提高，其应用范围不断扩大，而GIS的空间分析功能也成为人们倍加关注的热点。
GIS的发展已从数据库型GIS进入分析型GIS的阶段，这对其空间分析的能力提出了更高、更新的要求。
5.5GIS应用广泛
GIS是一门以应用为目的的信息产业，其应用已经深入到各行各业，形成了诸如资源与环境GIS，国土管理GIS，城市规划GIS，煤矿瓦斯管理GIS，旅游管理GIS，时空分布研究GIS，灾害监测与防治GIS，农林牧副渔GIS，工商经营管理GIS，国民经济运营运行和规划GIS、交通管理GIS、城市管理、工矿生产管理GIS及各部门办公GIS等；其应用还可以深入到千家万户，形成诸如掌上电脑PDA-GIS，电子地图查询等。其中值得一提的是：从1984年开始立项研究，1994年完成第一期工程开发任务的国家基础地理信息系统是国家经济信息系统网络体系中的一个基础子系统，是对经济信息和国土资源信息进行空间分析应用所必需的基础地理信息系统，对社会持续发展、国土的合理开发和有效整治，优化生产力的总体布局，都有着重要意义。
６、总结
人类社会正从工业经济迈向知识经济时代，一场以信息技术为核心的革命正在深刻改变着人类生活与社会面貌。作为全球信息化浪潮重要组成部分的地理信息系统的建设与应用，正日益引起科技界、企业界和政府部门的广泛关注。地理信息系统作为处理众多空间问题的有力辅助工具，在人们的日常生活中发挥的作用也日趋明显。
GIS 自上世纪60 年代出现以来，经历了70 年代的巩固发展期、80 年代的推广应用期、90 年代的蓬勃发展，逐渐走向企业化、商业化、大众化、全球化。在50 年的高速发展中不断创造辉煌。如今虽然在发展途中遭遇了人才问题、数据质量问题、计算能力问题、网络问题等坎坷，但是GIS 得实用性和先进性还是共睹的。我们相信在GIS 三个驱动力的带动下，会促进GIS 更好更快地发展。
可以想象，在不久的将来，凭借其高维化、网络化、智能化、集成化的优势，GIS 将无处不在，能够为各行各业提供更好的服务。人们的生活也将离不开GIS的参与。
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